JP2009109101A - Heat pump hot water supply system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ヒートポンプ給湯装置に関するものである。 The present invention relates to a heat pump water heater.
従来から、種々のヒートポンプサイクルを利用した給湯装置が提案されおり、図3に示すものがある(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, a hot water supply apparatus using various heat pump cycles has been proposed, and there is one shown in FIG. 3 (for example, see Patent Document 1).
図3は前記公報に記載された従来のヒートポンプ給湯機の構成図である。図3において、圧縮機1、蓄熱装置2、蓄熱用伝熱管3、絞り装置4、蒸発器5からなる冷媒循環回路と、蓄熱装置2、給水管11、出湯用伝熱管12、流量制御弁13、混合弁14、バイパス管15、給湯管16を接続した給湯回路からなる。
FIG. 3 is a block diagram of a conventional heat pump water heater described in the publication. In FIG. 3, a refrigerant circulation circuit including a
蓄熱を行う場合、圧縮機1より吐出された高温高圧の過熱ガスは蓄熱装置2に流入し、蓄熱用伝熱管3を流れるときに蓄熱装置2の蓄熱材(図示せず)と熱交換を行って冷却され、凝縮する。蓄熱用伝熱管3を出た冷媒は絞り装置3で減圧され、蒸発器4に流入し、ここで大気熱を吸熱して蒸発ガス化し、圧縮機1に戻る。
When performing heat storage, the high-temperature and high-pressure superheated gas discharged from the
蓄熱運転を終了する場合、圧縮機1の吐出側に高圧遮断用圧力スイッチ6を設け、冷媒回路の高圧圧力が所定値に達したときに圧縮機1の運転を停止するようにしている。この高圧圧力が所定値は、蓄熱材の温度が潜熱域での蓄熱終了直後の温度に達したときの冷媒の高圧圧力である。
When the heat storage operation is terminated, a high pressure cutoff pressure switch 6 is provided on the discharge side of the
給湯を行う場合、水道水の一方は、給水管11を通り、出湯用伝熱管12へ導入され、蓄熱装置2の蓄熱材と熱交換を行い、水道水は加熱される。加熱された水道水は、流量制御弁13を通り、混合弁14に流入する。また、水道水の他方は、給水管11、バイパス管15を通り、混合弁14に流入する。この混合弁14で所望温度に混合され、給湯管16から給湯するものである。
しかしながら、前記従来の構成では、蓄熱運転時の運転制御に関しては、特に記載がなく不明であるが、必ずしも、高効率な運転でないと推測でき、運転効率が悪いという課題を有していた。 However, in the conventional configuration, the operation control at the time of the heat storage operation is not particularly described and is unclear. However, it is not necessarily a highly efficient operation, and there is a problem that the operation efficiency is poor.
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、高効率なサイクルで運転する省エネ性に優れたヒートポンプ給湯装置を提供することを目的とする。 This invention solves the said conventional subject, and it aims at providing the heat pump hot-water supply apparatus excellent in the energy-saving property operate | moved by a highly efficient cycle.
前記従来の課題を解決するために、本発明のヒートポンプ給湯装置は、圧縮機、給湯用熱交換器、絞り装置、及び蒸発器を配管で接続したヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルを用いて加熱された液体を循環させることにより蓄熱する蓄熱ユニットと、前記給湯用熱交換器への入水温度を検出する入水温度検出手段とを備え、前記蓄熱ユニット、循環ポンプ、前記給湯用熱交換器を配管で接続し、前記入水温度検出手段で検出した温度に基づいて、前記給湯用熱交換器の水出口の温度である出湯温度の目標値を決定することを特徴とするもので、給湯用熱交換器の水入口の温度に応じて、給湯用熱交換器の水出口の目標温度を設定しているので、蓄熱ユニットに蓄熱する場合、高効率なサイクル
で運転でき、省エネ性に優れている。
In order to solve the conventional problems, a heat pump water heater of the present invention is heated using a heat pump cycle in which a compressor, a heat exchanger for hot water supply, a throttling device, and an evaporator are connected by piping, and the heat pump cycle. A heat storage unit for storing heat by circulating the liquid, and a water temperature detecting means for detecting the temperature of water input to the heat exchanger for hot water supply, and the heat storage unit, the circulation pump, and the heat exchanger for hot water supply are connected by piping. The hot water supply heat exchange is characterized in that, based on the temperature detected by the incoming water temperature detecting means, a target value of the hot water temperature which is the temperature of the water outlet of the hot water supply heat exchanger is determined. Since the target temperature of the water outlet of the heat exchanger for hot water supply is set according to the temperature of the water inlet of the water heater, when storing heat in the heat storage unit, it can be operated in a highly efficient cycle and is excellent in energy saving That.
本発明によれば、蓄熱ユニットに蓄熱する場合、高効率なサイクルで運転し、省エネ性に優れているヒートポンプ給湯装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when storing heat in a thermal storage unit, it can drive | operate with a highly efficient cycle and can provide the heat pump hot-water supply apparatus excellent in energy-saving property.
第1の発明は、圧縮機、給湯用熱交換器、絞り装置、及び蒸発器を配管で接続したヒートポンプサイクルと、前記ヒートポンプサイクルを用いて加熱された液体を循環させることにより蓄熱する蓄熱ユニットと、前記給湯用熱交換器への入水温度を検出する入水温度検出手段とを備え、前記蓄熱ユニット、循環ポンプ、前記給湯用熱交換器を配管で接続し、前記入水温度検出手段で検出した温度に基づいて、前記給湯用熱交換器の水出口の温度である出湯温度の目標値を決定することを特徴とするもので、給湯用熱交換器の水入口の温度に応じて、給湯用熱交換器の水出口の目標温度を設定しているので、高効率なサイクルで運転でき、省エネ性に優れている。 A first invention includes a heat pump cycle in which a compressor, a hot water supply heat exchanger, a throttling device, and an evaporator are connected by piping, and a heat storage unit that stores heat by circulating a liquid heated using the heat pump cycle. A water temperature detector for detecting the temperature of water entering the hot water heat exchanger, the heat storage unit, the circulation pump, and the heat exchanger for hot water are connected by piping, and detected by the water temperature detector. Based on the temperature, the target value of the hot water temperature, which is the temperature of the water outlet of the hot water supply heat exchanger, is determined. According to the temperature of the water inlet of the hot water supply heat exchanger, Since the target temperature of the water outlet of the heat exchanger is set, it can be operated in a highly efficient cycle and has excellent energy savings.
第2の発明は、特に、第1の発明のヒートポンプ給湯装置において、入水温度検出手段で検出した温度が低い場合、目標出湯温度を低く、前記入水温度検出手段で検出した温度が高い場合、目標出湯温度を高く設定することを特徴とするもので、給湯熱交換器の水入口温度と水出口温度の温度差が、小さくなり過ぎないように制御しているので、さらに、高効率なサイクルで運転でき、省エネ性に優れている。 In the heat pump water heater of the first invention, particularly, the second invention has a low target hot water temperature when the temperature detected by the incoming water temperature detecting means is low, and a high temperature detected by the incoming water temperature detecting means. It is characterized by setting the target hot water temperature high, and the temperature difference between the water inlet temperature and the water outlet temperature of the hot water supply heat exchanger is controlled so as not to become too small. It can be operated at high speed and has excellent energy saving performance.
第3の発明は、特に、第1または第2の発明のヒートポンプ給湯装置において、外気温度検出手段を設け、前記外気温度検出手段で検出した温度が低いほど、目標出湯温度を低く設定することを特徴とするもので、外気温度と給湯熱交換器の水入口温度に応じて、さらに細かく給湯熱交換器の水出口温度を制御しているので、さらに、高効率なサイクルで運転でき、省エネ性に優れている。 According to a third aspect of the present invention, in particular, in the heat pump hot water supply apparatus of the first or second aspect of the invention, an outside air temperature detecting means is provided, and the lower the temperature detected by the outside air temperature detecting means, the lower the target hot water temperature. The water outlet temperature of the hot water supply heat exchanger is controlled more finely according to the outside air temperature and the water inlet temperature of the hot water heat exchanger. Is excellent.
第4の発明は、特に、第1〜3のいずれか一つの発明において、給湯用熱交換器の水出口に出湯温度検出手段を設け、前記出湯温度検出手段で検出した出湯温度が目標出湯温度になるように、循環ポンプの回転数を制御することを特徴とするもので、目標出湯温度が変更になった時、制御安定性、追従性もよく目標温度に制御できる。 According to a fourth aspect of the present invention, in particular, in any one of the first to third aspects, a tapping temperature detection means is provided at a water outlet of the hot water supply heat exchanger, and a tapping temperature detected by the tapping temperature detection means is a target tapping temperature. The rotational speed of the circulation pump is controlled so as to be, and when the target hot water temperature is changed, control stability and followability can be controlled to the target temperature with good control.
第5の発明は、特に、第1〜4のいずれか一つの発明において、蓄熱ユニットは、潜熱蓄熱材と液体循環路とから構成されることを特徴とするもので、単位体積あたりの蓄熱量が、水より多い潜熱蓄熱材を採用しているので、同じ熱量を蓄熱する場合、小型化が可能となる。 A fifth invention is characterized in that, in particular, in any one of the first to fourth inventions, the heat storage unit is composed of a latent heat storage material and a liquid circulation path, and the amount of heat storage per unit volume. However, since more latent heat storage materials are used than water, it is possible to reduce the size when storing the same amount of heat.
第6の発明は、特に、第1〜5のいずれか一つの発明において、ヒートポンプサイクルに用いる冷媒を二酸化炭素とし、高圧側では臨界圧を越える状態で運転しているもので、給湯水の高温化を高効率で実現すると共に、冷媒が外部に漏れた場合にも、地球温暖化への影響は非常に少なくなる。 In particular, the sixth aspect of the invention is that in any one of the first to fifth aspects, the refrigerant used for the heat pump cycle is carbon dioxide, and the high pressure side is operated in a state exceeding the critical pressure. When the refrigerant leaks to the outside, the impact on global warming is very small.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the present embodiment.
(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の回路構成図である。図1において、本発明の第1の実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の冷凍回路について説明する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of the heat pump water heater in the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the refrigeration circuit of the heat pump hot-water supply apparatus in the 1st Embodiment of this invention is demonstrated.
ヒートポンプサイクル20は、圧縮機21、給湯用熱交換器22、絞り装置である膨張弁23、及び蒸発器24を配管で接続している。また、蒸発器24に送風するためのファン25を設けている。また、蒸発器24の吸い込み温度を検出する外気温度検出手段26を設けている。本実施の形態によるヒートポンプ給湯装置は、二酸化炭素を冷媒として用い、高圧側では臨界圧を越える状態で運転することが好ましい。
In the
次に、本発明の第1の実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の給湯回路について説明する。 Next, a hot water supply circuit of the heat pump hot water supply apparatus in the first embodiment of the present invention will be described.
蓄熱ユニット31は、潜熱蓄熱材32と液体循環路33から成っている。また、蓄熱ユニット31の第一底部配管34は、減圧弁35を介して水道管等の水供給配管36に接続されている。また、蓄熱ユニット31の第二底部配管37は、循環ポンプ38を介して給湯用熱交換器22の水用配管22Aの流入側と接続し、蓄熱ユニット31の第一上部配管39と接続されている。また、給湯用熱交換器22の水用配管22Aの入口側には入水温度検出手段22B、出口側には出湯温度検出手段22Cを設置している。また、蓄熱ユニット31の第二上部配管40は、キッチン、又は洗面所等の蛇口や風呂端末(図示せず)に接続されている。
The
コントローラ50は、目標出湯温度設定手段51、循環ポンプ回転数制御手段52から成り、出湯温度が目標出湯温度に成るように循環ポンプ38の回転数を制御する。
The
次に、本発明の第1の実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の蓄熱運転動作について説明する。 Next, the heat storage operation of the heat pump water heater in the first embodiment of the present invention will be described.
まず、使用者が蛇口を開くと第二上部配管41から出湯される。蓄熱ユニット31の残蓄熱量が少なくなると、圧縮機21が起動し、ヒートポンプサイクル20が運転を開始する。圧縮機21で圧縮された冷媒は、給湯用熱交換器22で放熱し、膨張弁23で減圧された後、蒸発器24にて吸熱し、ガス状態で圧縮機21に吸入される。ファン25は、圧縮機21の運転状態に応じた回転数に設定される。
First, when the user opens the faucet, the hot water is discharged from the second upper pipe 41. When the remaining heat storage amount of the
循環ポンプ38により蓄熱ユニット31からの水は、蓄熱ユニット31の第二底部配管37を通り、給湯用熱交換器22の水用配管22Aに導かれ、高温の湯に加熱され、蓄熱ユニット31に流入する。
Water from the
図2は、本発明の第1の形態におけるヒートポンプ給湯装置の運転制御のフローチャートである。次に、本発明の第1の実施の形態におけるヒートポンプ給湯装置の運転制御について図2のフローチャートを用いて説明する。 FIG. 2 is a flowchart of operation control of the heat pump water heater in the first embodiment of the present invention. Next, operation control of the heat pump water heater in the first embodiment of the present invention will be described using the flowchart of FIG.
まず、使用者が蛇口を開くと第二上部配管41から出湯される。蓄熱ユニット31の残蓄熱量が少なくなると、圧縮機21が起動し、ヒートポンプサイクル20が運転を開始する(ステップ1)。次に、入水温度検出手段22B、出湯温度検出手段22C、外気温度検出手段26で、それぞれ入水温度、出湯温度、外気温度を検出する(ステップ2)。次に、検出した入水温度、外気温度により、目標出湯温度設定手段51で目標出湯温度を(表1)で表す温度に設定する(ステップ3)。
First, when the user opens the faucet, the hot water is discharged from the second upper pipe 41. When the remaining heat storage amount of the
次に、循環ポンプ38の回転数を(表1)で表す出湯温度になる様に制御する(ステップ4)。
Next, the number of rotations of the
ここでは、圧縮機の回転数制御については、特に記載していないが、入水温度と外気温度に応じて、適正な圧縮機の回転数を設定している。また、膨張弁の開度制御についても、特に記載していないが、入水温度と外気温度に応じて、適正な目標吐出温度を設定し、この目標吐出温度になるように膨張弁の開度制御を行っている。 Here, although the rotation speed control of the compressor is not particularly described, an appropriate compressor rotation speed is set according to the incoming water temperature and the outside air temperature. Also, although the opening control of the expansion valve is not specifically described, an appropriate target discharge temperature is set according to the incoming water temperature and the outside air temperature, and the expansion valve opening control is performed so as to reach this target discharge temperature. It is carried out.
従って、入水温度と外気温度に応じて、目標出湯温度を設定し、この目標温度になるように循環ポンプの流量を制御しているので、高効率なサイクルで運転でき、省エネ性に優れている。 Therefore, the target hot water temperature is set according to the incoming water temperature and the outside air temperature, and the flow rate of the circulation pump is controlled to reach this target temperature, so it can be operated in a highly efficient cycle and has excellent energy savings. .
また、本実施の形態では、冷媒として二酸化炭素を用いた場合で説明したが、冷媒としてR410A冷媒やHC冷媒などのその他の冷媒を用いてもよい。 In this embodiment, the case where carbon dioxide is used as the refrigerant has been described. However, other refrigerants such as R410A refrigerant and HC refrigerant may be used as the refrigerant.
また、本実施の形態では、潜熱蓄熱剤については、特に説明していないが、1種類の潜熱蓄熱剤、または融点の異なる2種類以上の潜熱蓄熱剤を充填してもよい。 In this embodiment, the latent heat storage agent is not particularly described, but one type of latent heat storage agent or two or more types of latent heat storage agents having different melting points may be filled.
また、本実施の形態では、ヒートポンプサイクル20を備えたヒートポンプ給湯装置を用いて説明したが、2つ以上のヒートポンプサイクルを用いてもよい。
Moreover, although this Embodiment demonstrated using the heat pump hot-water supply apparatus provided with the
また、本実施の形態では、循環ポンプ38の回転数を制御すると説明したが、ON時間/OFF時間を変えるデューティー制御でもよい。
Further, in the present embodiment, it has been described that the number of revolutions of the
以上のように、本発明にかかるヒートポンプ給湯装置は、容易に蓄熱ユニット蓄熱することが可能となるので、その蓄熱熱量を利用した暖房等の用途にも適用できる。 As described above, the heat pump hot water supply apparatus according to the present invention can easily store heat in the heat storage unit, and thus can be applied to uses such as heating using the amount of stored heat.
20 ヒートポンプサイクル
21 圧縮機
22 給湯用熱交換器
22B 入水温度検出手段
22C 出湯温度検出手段
23 膨張弁
24 蒸発器
31 蓄熱ユニット
38 循環ポンプ
51 目標出湯温度決定手段
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